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半導体BaSi_2は、禁制帯幅が1eVのSiベースの新しい半導体として期待されている。この材料を実際のデバイスへ応用するには、Si基板上に高品質なBaSi_2薄膜を形成する必要がある。しかしながら、これまでBaSi_2薄膜の成長に関する研究は殆ど行われていない。そこで本研究では、Si(111)基板上へBaとSiを同時に照射する分子線エピタキシー(MBE)法を用いて、半導体BaSi_2をエピタキシャル成長する条件を見出すことを目的に実験を行った。
まず、BaとSiをその蒸着量を1:2のストイキオメトリーになるよう設定し、MBE成長を行ったが、エピタキシャル成長できず、多結晶となった。そこで、Baのみを500度に加熱したSi(111)基板に蒸着する熱反応堆積法(RDE)により、膜厚20nmと薄いながらも[100]配向したBaSi_2をエピタキシャル成長し、これをテンプレートとした。この上に、BaSi_2をMBE法により成長することで、500度から750度の広い温度範囲にわたり、BaSi_2のエピタキシャル成長を実現した。これは、RDE法で形成した下地のBaSi_2膜が種結晶として働き、その上に堆積するBaSi_2膜の結晶軸の方向を揃えたためと考えられる。次に、このBaSi_2膜の基板面内回転について、X線極点図測定を行った。非対称面であるBaSi_2(112)面を使って測定したところ、BaSi_2は、Si(111)基板の三回対称性を反映して、a軸を中心に120度回転した3つのドメインから形成されていることがわかった。このようにドメインを形成するのは、両材料の格子不整合を緩和するように製膜するためと考えられる。
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